《第三章 热力学定律》试卷及答案-高中物理选择性必修第三册-教科版-2024-2025学年

《第三章热力学定律》试卷（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、一个理想气体在等压过程中，其内能变化量AU与温度变化量AT之间的关系是:

A.AU=C_v*AT

B.AU=C_p*AT

C.AU=nR*AT

D.AU=（C_v+nR）*AT

2、一个热机在一个循环中，其热效率n是：

A.吸热Q_h和放热Q_c的比值

B.吸热Q_h和做功W的比值

C.做功W和放热Q_c的比值

D.吸热Q_h和做功W加放热Q_c的比值

3、一个封闭系统吸收了100焦耳的热量，并对外做了50焦耳的工作，则根据热力

学第一定律，系统的内能变化量是多少？

A.50焦耳

B.100焦耳

C.150焦耳

D.0焦耳

4、在绝热过程中，如果一个理想气体被压缩，那么下列哪个说法是正确的？

A.气体的温度会降低

B,气体的内能保持不变

C.气体的温度会上升

D.没有热量交换，所以无法判断

5、一个物体从外界吸收了热量Q,同时对外做了功肌根据热力学第一定律，物体

的内能变化AU可以表示为：

A.AU=Q-W

B.AU=Q+W

C.AU=Q+W/2

D.AU=Q-W/2

6、一个理想气体的内能只与温度有关，若该气体的温度从T1升高到T2(T2＞T1),

根据理想气体的内能公式，其内能变化AU为：

A.AU=(3/2)RT1-(3/2)RT2

B.AU=(3/2)RT2-(3/2)RT1

C.AU=(3/2)R(T2-T1)

D.AU=(3/2)R(Tl-T2)

7、一定质量的理想气体经历一个等温过程后，体积由(匕)增加到(【勺)，若(53%),

则该过程中气体对外做的功⑺与气体吸收的热量(0的关系为：

A.(/二0

B.(『＜0

C.("＞。

D.无法确定

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下关于热力学第一定律的描述正确的是：

A.热力学第一定律表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式

转化为另一种形式。

B.热力学第一定律的数学表达式为AU=Q+*其中AU表示内能的变化，Q表

示热量，W表示功。

C.如果一个系统吸收了然量Q,同时对外做了W功，那么系统的内能变化AU一定

大于Q。

D.热力学第一定律适用于所有热力学过程，包括等压、等温、绝热等不同过程。

2、关于热力学第二定律，以下说法正确的是；

A.热力学第二定律表明然量不能白发地从低温物体传递到高温物体。

B.热力学第二定律的克劳修斯表述指出，不可能将热量从单一热源吸收并完全转

化为功而不引起其他变化。

C.热力学第二定律的开尔文-普朗克表述与克劳修斯表述等价。

D.根据热力学第二定律，所有实际的热机效率都小十100%o

3、关于热力学第二定律，下列说法中哪些是正确的？（多选）

A.热量可以自发地从低温物体传向高温物体。

B.在一个可逆过程中，系统的燧变等于零。

C.任何实际过程都是不可逆的。

D.第二类永动机是不可能实现的，因为它违反了能量守恒定律。

E.绝对零度时.，所有物质的端为零。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

一、计算题（共20分）

已知一个物体在等温变化过程中，其初始温度为Tl=330K,末温度为T2=500K。在

等压变化过程中，物体吸收的热量为Qp=1200J,物体的比热容为c=1.5J/（g・℃）。

1.计算物体在等温变化过程中对外做的功凡

2.计算物体在等压变化过程中对外做的功即。

3.若物体在等压变化过程中对外做的功全部转化为内能，计算物体的内能增量AU。

第二题

题目；

一个理想气体在等温过程中从体积VI膨胀到体积V2,外界对气体做了W的功。假

设此过程中气体吸收了Q的热量。请回答以下问题：

1.用热力学第一定律表达式描述这一过程。

2.如果已知该气体的摩尔数为n,温度保持不变，求解气体吸收的热量Q与外界做

功W之间的关系。

3.若气体的初始体积W是最终体积V2的一半，且已知外界对气体做的功W=750

J,计算气体吸收的热量Q。

第三题

一、选择题（每题4分，共20分。在每小题给出的匹个选项中，只有一项是最符

合题目要求的。）

1.关于热力学笫一定律，下列说法正确的是：

A.热力学第一定律揭示了能量守恒的规律。

B.热力学第一定律说明r热量小能自动从低温物体传递到高温物体。

c.热力学第一定律表明热量和功是等价的能量形式。

D.热力学第一定律揭示了内能的概念。

2.一个物体的内能增加，下列哪种情况是不可能的：

A.物体吸收了热量。

B.物体对外做了功。

C.物体与外界没有能量交换。

D.物体的温度升高。

3.某理想气体在等压过程中，从初状态到末状态，其内能变化为AU。若气体的温

度升高了AT,则气体的体积变化AV为：

A.AV=AT

B.AV=AT/Y

C.AV=AU/C_v

D.AV=AU/YC_v

第四题

1.一个理想气体经历了一个等温过程，其体积从VI膨胀到V2。假设气体在整个过

程中没有热量交换，求气体对外做的功W。

已知：

•理想气体的初始体积VI=4L

•理想气体的最终体积V2=8L

•气体的初始温度T=300K（等温过程，温度不变）

请写出解题步骤和答案。

1.根据等温过程的性质，理想气体对外做的功w可以用公式w=nRTln(V2/Vl)计

算，其中n为气体的物质的量，R为气体常数，T为温度，VI和V2分别为初始

和最终的体积。

2.由于题目没有给出物质的量n,我们可以假设气体的物质的量为ImoL因为物质

的量对计算功的大小没有影响。

3.气体常数R的值约为8.31J/(mol-K)。

4.将已知数值代入公式计算。

计算：

W=(1mol)(8.31J/(mol•K))(300K)ln(8L/4L)

W=8.31J/(mol•K)*300K*In(2)

W弋8.31*300*0.693

W831*0.693

W〜577.363J

第五题

一、己知某气体的体积为V,温度为T,压强为P,气体分子总数为N,每个分子的

质量为m。求：

(1)气体分子的平均动能；

(2)气体分子在单位体积内的平均动能；

(3)气体分子的总动能。

《第三章热力学定律》试卷及答案

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、一个理想气体在等压过程中,其内能变化量AU与温度变化帚AT之间的关系是:

A.AU=C_v*AT

B.AU=C_p*AT

C.AU=nR*AT

D.AU=（C_v+nR）*AT

答案：A

解析：在等压过程中，理想气体的内能变化量AU与温度变化量AT之间的关系由

气体的定容热容C_v决定。根据热力学第•定律，内能的变化等于气体吸收的热量减去

对外做的功。在等压过程中，对外做的功PAV等于nRAT（n为物质的量，R为气体常

数），因此内能的变化AU等于气体吸收的热量，即AUngvAT。所以正确答案是A。

2、一个热机在一个循环中，其热效率n是：

A.吸热Q_h和放热Q_c的比值

B.吸热Q_h和做功W的比值

C.做功W和放热Q_c的比值

D.吸热Q_h和做功W加放热Q_c的比值

答案：C

解析：热机的热效率n定义为热机在•个循环中所做的功w与它从高温热源吸收的

热量Q_h的比值，即n=W/Q_ho然而，根据热力学第二定律，实际的热机还会向低

温热源放出热量Q_c。因此，热效率也可以表示为做功W与放热Q_c的比值，即n=W

/Q_co所以止确答案是C。

3、一个封闭系统吸收了100焦耳的热量，并对外做了50焦耳的工作，则根据热力

学第一定律，系统的内能变化量是多少？

A.50焦耳

B.100焦耳

C.150焦耳

D.0焦耳

答案：A

解析：根据热力学第一定律，能量守恒原则表明一个系统吸收的热量等于其内能

增加加上对外做的功。公式表达为（0=其中（0是系统吸收的热量，（△功是系

统内能的变化量，（份是系统对外做的功。代入给定值幼和（『二5幼，可以解得

（AU二Q_W=100J-50J=50J）.因此，正确答案是A.

4、在绝热过程中，如果一个理想气体被压缩，那么下列哪个说法是正确的？

A.气体的温度会降低

B.气体的内能保持不变

C.气体的温度会上升

D.没有热量交换，所以无法判断

答案：C

解析：在绝热过程中，系统与外界没有热量交换根据热力学第一定律

（0=/〃+的，因为（。二①，所以（/〃二-脩。当理想气体被压缩时，外界对气体做正功

'：（«>0）,这会导致气体的内能增加（（///>。）。对于理想气体，内能仅依赖于温度,

因此内能的增加意味着温度的升高。故选项C正确。

5、一个物体从外界吸收了热量Q,同时对外做了功W,根据热力学第一定律，物体

的内能变化AU可以表示为：

A.AU=Q-W

B.AU=Q+W

C.AU=Q+W/2

D.AU=Q-W/2

答案：A

解析：热力学第一定律表明，系统内能的变化等于系统从外界吸收的热量与系统对

外做的功的代数和，即AU=Q-Wo因此，正确答案是A。

6、一个理想气体的内能只与温度有关，若该气体的温度从T1升高到T2(T2>T1),

根据理想气体的内能公式，其内能变化AU为：

A.AU=(3/2)RT1-(3/2)RT2

B.AU=(3/2)RT2-(3/2)RT1

C.AU=(3/2)R(T2-T1)

D.AU=(3/2)R(Tl-T2)

答案：B

解析：对于理想气体，其内能U与温度T的关系是U=(3/2)nRT,其中n是气体

的物质的量，R是理想气体常数。因此，内能的变化AU=(3/2)R(T2-Tl)o所以正

确答案是B。

7、一定质量的理想气体经历一个等温过程后，体积由(%)增加到(彩)，若(七=3%),

则该过程中气体对外做的功(冷与气体吸收的热量(0的关系为：

A.（十二0

B.（«z<0

C.（人0

D.无法确定

答案：A

解析：根据热力学第一定律，系统吸收的热量（0等于系统对外做的功（份加上系统

内能的变化（/4）。对于理想气体，在等温过程中，温度不变，因此内能变化（4〃=。。

所以有（。二/+/4=即气体吸收的热量全部用于对外做功，故选项A正确。其他选

项均不符合等温过程的能量守恒原则。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下关于热力学第一定律的描述正确的是：

A.热力学第一定律表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式

转化为另一种形式。

B.热力学第一定律的数学表达式为AU=Q+W,其中AU表示内能的变化，Q表

小热量，W表不功。

C.如果一个系统吸收了热量Q,同时对外做了'V功，那么系统的内能变化AU一定

大于Q。

D.热力学第一定律适用了所有热力学过程，包括等压、等温、绝热等不同过程。

答案：ABD

解析：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，A选项正确描述了其基

本含义。B选项给出了热力学第一定律的数学表达式，也是正确的。C选项错误，因为

根据热力学第一定律，AU=Q+W,系统的内能变化AU等于吸收的热量Q与对外做

的功w之和，小一定大于Q。D选项止确，热力学第一定律适用于所有热力学过程。

2、关于热力学第二定律，以下说法正确的是：

A.热力学第二定律表明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

B.热力学第二定律的克劳修斯表述指出，不可能将热量从单一热源吸收并完全转

化为功而不引起其他变化。

C.热力学第二定律的开尔文-普朗克表述与克劳修斯表述等价。

D.根据热力学第二定律，所有实际的热机效率都小于100%。

答案：ABCD

解析：A选项正确，这是热力学第二定律的直接表述之一。B选项正确，克劳修斯

表述是热力学第二定律的一种表述。C选项正确，开尔文-普朗克表述与克劳修斯表述

是等价的。D选项正确，热力学第二定律指出，由于不可避免的能量损失，实际热机的

效率总是小于100%o

3、关于热力学第二定律，下列说法中哪些是正确的？（多选）

A.热量可以自发地从低温物体传向高温物体。

B.在一个可逆过程中，系统的燧变等于零。

C.任何实际过程都是不可逆的。

D.第二类永动机是不可能实现的，因为它违反了能量守恒定律。

E.绝对零度时，所有物质的燧为零。

答案：B,C,E

解析：

•A选项错误。热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，这是热力学第二定律

的一种表述，即克劳修斯表述。只有在外界做功的情况下，热量才能从低温物体

传向高温物体，比如通过制冷机。

•B选项正确。在一个可逆过程中，系统与环境之间没有无序度的变化，因此整个

系统的端变等于零。但需要注意的是，这里指的是孤立系统的情况；对于开放系

统或非孤立系统，嫡变可能不为零。

•C选项正确。根据热力学第二定律，自然界中的所有实际过程都是不可逆的，因

为它们都伴随着牖的增加。

•D选项错误。第二类永动机是指一种能够持续对外做功而不需要消耗能量或只需

要很少的能量输入的机器。它之所以不可能实现，并不是因为它违反了能量守恒

定律，而是因为它违反了热力学第二定律，即不能将吸收的热量完全转化为有用

的功而不产生其他影响。

•E选项正确。绝对零度时，理论上所有物质的原子和分子都将停止运动，从而达

到最小的混乱程度，即燃为零。这是第三定律的一个表达，虽然在实践中无法达

到绝对零度，但该定律提供了一个理论上的极限值C

综上所述，正确答案是B、C、Eo

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

一、计算题（共20分）

已知•个物体在等温变化过程中，其初始温度为Tl=330K,末温度为T2=500K.在

等压变化过程中,物体吸收的热量为Qp=1200J,物体的比热容为c=L5J/（g-

L计算物体在等温变化过程中对外做的功凡

2.计算物体在等压变化过程中对外做的功也）。

3.若物体在等压变化过程中对外做的功全部转化为内能，计算物体的内能增量AU。

答案：

1.W=0J（等温变化过程中，物体的温度不变，内能不变，对外做的功为0）

2.Wp=Qp-AU（等压变化过程中，物体吸收的热量等于对外做的功与内能增量

之和）

已知：Qp=1200J,AU=-800J（等压变化过程中，物体吸收的热量全部转化为

内能，内能增量AU为负值）

Wp=1200J-（-800J）=2000J

3.AU=-800J（等压变化过程中，物体吸收的热量全部转化为内能，内能增量AU

为负值）

解析：

1.等温变化过程中，物体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律，物体对外

做的功为0。

2.等压变化过程中，物体吸收的热量等于对外做的功与内能增量之和。已知物体吸

收的热量为Qp=1200J,内能增量△（］为负值，代入公式计算得到对外做的功

Wp=2000Jo

3.等压变化过程中，物体吸收的热量全部转化为内能，内能增量AU为负值。代入

公式计算得到内能增量△U=-800Jo

第二题

题目：

一个理想气体在等温过程中从体积VI膨胀到体积V2,外界对气体做了W的功。假

设此过程中气体吸收了Q的热量。请回答以下问题:

1.用热力学第一定律表达式描述这一过程。

2.如果已知该气体的摩尔数为n,温度保持不变，求解气体吸收的热量Q与外界做

功W之间的关系。

3.若气体的初始体积VI是最终体积V2的一半，且已知外界对气体做的功W=-150

J,计算气体吸收的热量Q。

答案：

1.根据热力学第一定律，对于任意过程有：

=0■•叫

其中（4。）表示系统内能的变化，（。是系统吸收的热量，（份是外界对系统做的功。

对于等温过程，理想气体的内能仅由温度决定，由于温度保持不变，则（4〃=。。因此,

我们可以得到：

[0=Q-//]

或者1（]

2.对于理想气体，在等温过程中，根据波义耳-马略特定律（Boyle'sLaw）,我们

有伊1匕=。2匕）。因为温度不变，所以理想气体的内能没有变化。根据热力学第

一定律，当（AU=O）时.我们有：

[。=周

又因为对于理想气体在等温膨张或压缩过程中所做的功可以表示为：

甲二^Zlny]

由于温度T保持不变，结合（。二份，我们可以得出：

Q—nRl\n-p-j

3.已知（匕=：吟）和（卬=-150力。根据第2部分的结果，我们知道（Q=W）。因此，

[Q=-150J]

注意这里的负号表示热量是从环境传递给系统的，即系统吸收了150焦耳的热量。

解析：

•在等温过程中，理想气体的内能不会发生变化，这意味着所有从外界传入的热量

都会转化为对外界做的功，或者反之亦然。这就是为什么（。=今成立的原因。

•当气体从较小体积膨胀到较大体积时，外界对气体做的是负功（因为气体对外做

正功），这导致了热量的吸收以维持恒定的温度。在本题中，虽然给出了外界对

气体做的功为T50J,但实际上这是指气体对外界做了150J的功，相应地，为

了保持温度不变，气体必须吸收等量的热量，即153Jo

第三题

一、选择题（每题4分，共20分。在每小题给出的匹个选项中，只有一项是最符

合题目要求的。）

1.关于热力学第一定律，下列说法正确的是：

A.热力学第一定律揭示了能量守恒的规律。

B.热力学第一定律说明了热量不能自动从低温物体传递到高温物体。

C.热力学第一定律表明热量和功是等价的能量形式。

D.热力学第一定律揭示了内能的概念。

答案：A

解析：热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的应用，它说明了能量既不能被

创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。因此，正确答案是A。

2.一个物体的内能增加，下列哪种情况是不可能的:

A.物体吸收了热量。

B.物体对外做了功。

C.物体与外界没有能量交换。

D.物体的温度升高。

答案：C

解析：物体的内能增加可以通过吸收热量或对外做功来实现，但若物体与外界没有

能量交换，则其内能不会改变。因此，正确答案是C。

3.某理想气体在等压过程中，从初状态到末状态，其内能变化为AU。若气体的温

度升高了则气体的体积变化AV为：

A.AV=AT

B.AV=AT/Y

C.AV=AU/C_v

D.AV=AU/YC_v

答案:D

解析：对于理想气体，内能U只与温度T有关，即U=U(T)。在等压过程中，根

据理想气体状态方程PV/T二常数，可以得到V/T二常数。因此，温度变化AT时，体

现变化AV与温度变化AT成正比，即AV=AT/Y,其中丫是比热容比(丫=C_p/

C_v)0由于题目要求的是内能变化与体积变化的关系，结合内能变化AU和定容比热容

C_v,可以得到AV=AU/YC_Vo因此，正确答案是D。

第四题

1.一个理想气体经历了一个等温过程，其体积从VI膨胀到V2。假设气体在整个过

程中没